變形關節技術革命！穿戴裝置與機器人運動將迎來全新突破

人體關節的靈活運作看似理所當然，翻書頁或伸展痠痛肌肉都是輕而易舉的事。但對設計師來說，打造功能性關節卻是極大挑戰。無論是機器人還是護腕支架，設計師都希望關節能具備全方位可調性，卻常受限於結構本身的適應能力。

卡內基美隆大學工程學院的研究團隊開發出一套創新演演算法，能設計出具備六自由度可重組特性的超材料結構，並實現剛度可調功能。這套演演算法能解析裝置在不同配置下所需的運動學引數，協助設計師創造出高度適應性的關節結構，讓設計師能更精準地控制各種應用場景下的關節功能。

研究團隊透過多款專為不同身體部位和運動功能設計的穿戴裝置，展示了這項技術的多元應用潛力。主要研究者Humphrey Yang博士解釋：「以腕隧道症候群為例，傳統護腕會完全限制關節活動以促進復原。但患者在復健期間仍需要短暫活動關節來完成日常事務。我們的可變形結構能選擇性鎖定或釋放特定動作，既能發揮護具功能，又能適時讓患者進行必要活動。」

這項發表在《自然通訊》的研究中，團隊在3D列印的超材料結構中加入電阻加熱線，使結構在使用過程中能動態調整自由度。未來團隊計畫將整個裝置一體成型製造，不僅能降低生產成本，還能創造出功能更強大的平價裝置。

研究科學家Dinesh K. Patel表示：「這是開啟多項創新應用的關鍵專案。我們的演演算法不受材料限制，未來可運用柔軟彈性材料打造更舒適的穿戴裝置。」

這項技術對機器人領域也極具價值。機器人若需執行多元任務，關節就必須具備不同的活動能力。能設計出可程式化、任意重組的關節結構，堪稱是打造多功能機器人的「聖杯」。例如家用輔助機器人的關節可模擬人類肢體的旋轉自由度，讓機器手能像真人一樣操作物品；而在水中或處理柔軟物品時，關節又能變形成觸手狀，提供更多自由度並降低剛度，提升抓握和游泳能力。

此外，這項技術還能模擬從軟膠到金屬等不同材質的觸感，有望推動復健和醫療訓練領域的擴增實境發展。專案負責人之一、現任加州大學柏克萊分校機械工程助理教授的Lining Yao指出：「這項研究展示了機械結構如何強化材料智慧，最終實現具有物理形態的智慧物質與機器。」

Yang博士總結道：「過去這個領域缺乏設計可重組、順應性運動結構的通用方法。我們的重要目標就是要讓這項技術普及化，拓展其應用範圍。」

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